【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道沉降监测，尤其涉及一种隧道沉降监测装置、监测系统及监测方法。
技术介绍
1、近年来修建了大量的高速铁路，高速铁路对轨道平顺性要求高。随着修建后时间的推移，这些已修建好的高速铁路隧道无砟轨道底板仰供及仰供以下岩体，在地下水侵蚀和列车动荷载长期作用下，隧道仰供易受到破坏，加之地下岩层在地下水膨胀上拱，导致隧道无砟轨道底板出现不均匀沉降，严重影响高速铁路运营安全。
2、现有的隧道无砟轨道进行沉降监测分为地表沉降监测和无砟轨道底板以下仰供及地下岩体分层位移监测，地表沉降监测通常使用水准尺进行人工高程变化监测，地下仰供结构、仰供填充层及地下岩体的监测主要采用多点位移计进行监测，两种监测手段难以融合，需要人工操作步骤较多，目前缺少一种能够实现地上地下一体化自动监测的装置及手段。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有的隧道不均匀沉降监测难以实现地上地下一体化监测的问题，提供一种隧道沉降监测装置、监测系统及监测方法。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种隧道沉降监测装置，包括基座，所述基座安装有多个振弦式位移传感器，每个所述振弦式位移传感器均与测杆连接，所述测杆远离所述基座的一端安装有灌浆锚头，所述灌浆锚头在竖向上的深度彼此互不相同，所述基座罩设有保护罩，所述保护罩远离所述灌浆锚头的一端安装有棱镜。
4、本专利技术提供的隧道沉降监测装置，利用多个振弦式位移传感器对隧道仰拱结构、仰拱填充层及
5、可选地，所述测杆外套设有保护管。
6、采用这种结构设置，在测杆外加保护管，可以进一步保护测杆不受外界环境的机械损伤，提高测杆和监测装置的使用寿命。其次，保护管可避免测杆受到环境干扰而松动，有利于测杆长期稳定地植入地下，确保监测深度的准确性。同时保护管为钻孔壁提供额外支撑，可减小钻孔变形对监测结果的影响，提高监测精度。
7、可选地，所述棱镜为l型棱镜。
8、进一步的将棱镜具体为全站仪常用的l型棱镜，l型棱镜具有折射光线的特性，能够实现测量光线的90度转向。这就可以实现使全站仪设置于隧道壁侧，对准隧道内的l型棱镜进行测量。
9、一种隧道沉降监测系统，包括上述的一种隧道沉降监测装置，还包括全站仪，主控制箱及服务器，所述全站仪与所述服务器通信连接，所述全站仪与所述棱镜配合测量地表形变位移，所述全站仪能够将地表形变位移数据传输至所述服务器；所述主控制箱与所述振弦式位移传感器及所述服务器通信连接，所述主控制箱能够获取所述振弦式位移传感器测得的地下分层位移数据并传输给所述服务器，所述服务器能够对接收的数据进行存储和计算。
10、本专利技术提供的隧道沉降监测系统将能够实现地上地下一体化监测的隧道沉降监测装置与全站仪、主控制箱和服务器组成隧道沉降监测系统，该系统利用振弦式位移传感器对隧道底板以下的仰拱结构、仰拱填充层、地下岩体进行分层位移监测，获取隧道底板以下不同深度的竖向相对位移，并将数据传输给主控制箱；再将全站仪安装在隧道壁内一侧稳定的基准点上，通过自身的角度和距离测量功能，定期自动对准孔口处的棱镜进行测量，棱镜起到折射光线的作用，当地表发生形变位移时，棱镜的位置和角度会发生变化，全站仪可以检测到棱镜位置和角度的微小变化，并将这些变化转换为地表孔口在水平和垂直方向上的位移数值，进而获取得到隧道底板表面钻孔孔口处的高程值；最后通过服务器对主控制箱和全站仪传输的数据进行储存和计算得到不同深度结构及岩体的竖向绝对位移。该系统具有地上下一体化、定量化、精确度高、易于操作实施等优点，可为后续的隧道底板不均匀沉降病害的防治措施设计奠定基础。
11、一种隧道沉降监测方法，利用上述的一种隧道沉降监测系统，所述隧道沉降监测方法包括如下步骤：
12、s1.钻孔并在所述孔内安装所述隧道沉降监测装置，记录每个所述振弦式位移传感器的编号sn，记录每个所述振弦式位移传感器对应的测点序号i和对应的所述灌浆锚头的测点深度；
13、s2.对所述孔进行灌浆回填；
14、s3.所述主控制箱读取第i个深度处安装的第i个所述灌浆锚头对应的第i号测点处的所述振弦式位移传感器的频率模数ri和温度ti，所述主控制箱将ri和ti实时传输给所述服务器，所述服务器记录灌浆回填后所述振弦式位移传感器的初始频率模数r0和初始温度t0，所述服务器对所述主控制箱传来的数据增加时间属性后形成第一序列数据，对所述第一序列数据进行结构化存储；
15、进行分层位移换算：通过所述服务器对存储的t时间实时获取的频率模数温度初始频率模数和初始温度进行调用，计算在t时间第i个深度处的竖向相对位移量：
16、
17、式中：表示在t时间钻孔内第i个测点竖向相对位移变化量，单位：mm；
18、g为仪器系数，单位：mm/字；
19、表示钻孔在t时间第i个深度处安装的第i个所述灌浆锚头对应的第i号测点处的所述振弦式位移传感器的频率模数，单位：字；
20、表示钻孔第i个深度处安装的第i个所述灌浆锚头对应的第i号测点处的所述振弦式位移传感器初始频率模数，单位：字；
21、k表示温度修正系数，单位：mm/℃；
22、表示当前温度，单位：℃；
23、表示初始温度，单位：℃；
24、s4.在隧道硐室侧壁安装所述全站仪，将所述全站仪对准所述棱镜，记录初始高程h0，设置所述全站仪的测量频率，在所述全站仪中设置所述服务器的ip地址；所述全站仪将t时间的孔口高程值ht实时传输给所述服务器，所述服务器对所述全站仪传来的数据增加时间属性后形成第二序列数据，对所述第二序列数据进行结构化存储；
25、进行孔口高程变化值计算：所述服务器调用所述全站仪实时传输的孔口高程值ht和初始高程h0，计算出在第t时间孔口高程变化值：
26、δht＝ht-h0
27、式中：δht表示在t时间孔口高程变化值，单位：mm；
28、ht表示在t时间全站仪测得的孔口高程值，单位：mm；
29、h0表示在灌浆完成后孔口高程初始值，单位：mm；
30、s5.计算隧道竖向绝对位移：
31、
32、式中：表示在t时间第i个深度以上隧道竖向绝对位移，单位：mm。
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【技术保护点】
1.一种隧道沉降监测装置，其特征在于，包括基座(11)，所述基座(11)安装有多个振弦式位移传感器(12)，每个所述振弦式位移传感器(12)均与测杆(13)连接，所述测杆(13)远离所述基座(11)的一端安装有灌浆锚头(14)，所述灌浆锚头(14)在竖向上的深度彼此互不相同，所述基座(11)罩设有保护罩(15)，所述保护罩(15)远离所述灌浆锚头(14)的一端安装有棱镜(2)。
2.根据权利要求1所述的一种隧道沉降监测装置，其特征在于，所述测杆(13)外套设有保护管(131)。
3.根据权利要求1所述的一种隧道沉降监测装置，其特征在于，所述棱镜(2)为L型棱镜。
4.一种隧道沉降监测系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的一种隧道沉降监测装置，还包括全站仪(3)，主控制箱(4)及服务器(5)，所述全站仪(3)与所述服务器(5)通信连接，所述全站仪(3)与所述棱镜(2)配合测量地表形变位移，所述全站仪(3)能够将地表形变位移数据传输至所述服务器(5)；所述主控制箱(4)与所述振弦式位移传感器(12)及所述服务器(5)通信连接，所述主控制箱(
5.一种隧道沉降监测方法，其特征在于，利用权利要求4所述的一种隧道沉降监测系统，所述隧道沉降监测方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种隧道沉降监测方法，其特征在于，S1中所述钻孔并在所述孔内安装所述隧道沉降监测装置具体包括：
7.根据权利要求5所述的一种隧道沉降监测方法，其特征在于，灌浆浆料依钻孔地质特性而定：在土体中钻孔，则所述灌浆浆料为水泥和/或膨润土和/或粘土和/或砂的混合浆料；在砂砾石中钻孔，则所述灌浆浆料直接为砂，或者使用水泥和/或砂和/或膨润土的混合浆料。
8.根据权利要求5所述的一种隧道沉降监测方法，其特征在于，所述灌浆锚头(14)的数量≤6。
9.根据权利要求5所述的一种隧道沉降监测方法，其特征在于，所述主控制箱(4)安装有物联网卡和数据终端设备。
10.根据权利要求5所述的一种隧道沉降监测方法，其特征在于，所述服务器(5)利用MySQL数据表对所述第一序列数据和第二序列数据进行结构化存储。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道沉降监测装置，其特征在于，包括基座(11)，所述基座(11)安装有多个振弦式位移传感器(12)，每个所述振弦式位移传感器(12)均与测杆(13)连接，所述测杆(13)远离所述基座(11)的一端安装有灌浆锚头(14)，所述灌浆锚头(14)在竖向上的深度彼此互不相同，所述基座(11)罩设有保护罩(15)，所述保护罩(15)远离所述灌浆锚头(14)的一端安装有棱镜(2)。
2.根据权利要求1所述的一种隧道沉降监测装置，其特征在于，所述测杆(13)外套设有保护管(131)。
3.根据权利要求1所述的一种隧道沉降监测装置，其特征在于，所述棱镜(2)为l型棱镜。
4.一种隧道沉降监测系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的一种隧道沉降监测装置，还包括全站仪(3)，主控制箱(4)及服务器(5)，所述全站仪(3)与所述服务器(5)通信连接，所述全站仪(3)与所述棱镜(2)配合测量地表形变位移，所述全站仪(3)能够将地表形变位移数据传输至所述服务器(5)；所述主控制箱(4)与所述振弦式位移传感器(12)及所述服务器(5)通信连接，所述主控制箱(4)能够获取所述振弦式...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹杨，刘毅，邓睿，常兴旺，张广泽，侯锦，杨科，李嘉雨，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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